Goniometru

Un goniometru este un dispozitiv sau senzor folosit pentru măsurarea unghiurilor .

Istoric

Goniometrul a fost inventat în jurul anului 1780 de mineralogistul francez Arnould Carangeot (1742-1806).

În optică

În optică , goniometrul este utilizat pentru a determina abaterea unei raze de lumină de către un dispozitiv optic (de exemplu, o prismă sau o rețea de difracție ).

Goniometrul are o parte fixă, pe care este montată o parte mobilă care poartă un telescop de observare. Putem avea două configurații:

partea fixă este legată de cadrul de referință al laboratorului (la sol), partea mobilă îndreptându-se în direcția al cărei unghi trebuie determinat cu axa de referință;
partea fixă este legată de cadrul de referință al obiectului observat (de exemplu, este plasat într-un vehicul), partea mobilă indică spre direcția de referință.

Goniometrul cuprinde, în general, o riglă gradată în grade , un raportor și, eventual, un vernier pentru a îmbunătăți precizia.

Utilizare în difractometrie cu raze X

În radiocristalografie , goniometrul este partea difractometrului care este utilizată pentru a determina unghiurile. Mișcările sunt motorizate.

În majoritatea cazurilor, unghiurile sunt determinate de ordinele date motoarelor (motoare pas cu pas ): în timpul inițializării, dispozitivul își stabilește zero (în raport cu un punct de referință, de exemplu o crestătură pe goniometru); unghiul corespunzător zero motorului este determinat printr-o procedură de aliniere.

În cazul unei măsurări de înaltă rezoluție, este nevoie de mult timp pentru a stabiliza poziția exactă a motoarelor (bucla de feedback generează oscilații care se reduc în timp). În acest caz, este mai interesant (economisind timp) să lăsați motorul să fie așezat aproximativ, apoi să măsurați unghiul (măsurare automată, de exemplu folosind un senzor optic).

Goniometru cu două cercuri

În cel mai general caz, avem un goniometru cu două cercuri, adică determinăm:

unghiul de incidență al fasciculului de raze X pe obiect, unghiul numit Ω în cazul general și θ în configurația Bragg-Brentano;
unghiul dintre fasciculul incident și fasciculul detectat, numit 2θ.

De fapt, termenul „cerc” desemnează o motorizare care permite o mișcare circulară, termenul mai exact ar fi „asamblare cu două axe motorizate”.

În această configurație Bragg-Brentano, proba are o orientare fixă în raport cu vectorul de difracție ( bisectoare între fasciculul incident și fasciculul detectat). Uneori adăugăm un dispozitiv care face posibilă rotirea eșantionului în jurul axei sale, numit filare , dar acest dispozitiv nu este considerat ca un cerc suplimentar, ci ca o modalitate de scanare completă a unui eșantion presupus omogen (fasciculul are forma „ linie și luminează doar o mică parte din eșantion).

Există două configurații (presupunem aici o măsurare în configurația Bragg-Brentano):

configurația θ-2θ („theta-two theta”): tubul de raze X este fix, proba se mișcă cu un unghi θ și detectorul de raze X cu un unghi 2θ; aceasta este cea mai comună configurație, de fapt, tubul fiind cel mai greu și mai voluminos dispozitiv, este mai simplu să-l reparați;

configurația θ-θ („theta-theta”): proba rămâne fixă (orizontală), tubul și detectorul se deplasează simetric sub un unghi θ; acest lucru face posibilă măsurarea pulberilor la unghiuri mari (proba rămâne fixă) și facilitează instalarea anumitor dispozitive, cum ar fi un cuptor în jurul probei.

Goniometru cu trei și patru cercuri

În unele cazuri, ne interesează anizotropia eșantionului; acesta este de exemplu cazul texturii ( orientarea preferențială a cristalului ), a măsurării tensiunilor sau a determinării structurii cristaline dintr-un singur cristal . Fasciculul incident are o formă de punct, luminează un mic disc pe eșantion.

În acest caz, este necesar să se poată orienta proba în toate direcțiile spațiului, ceea ce presupune trei axe de rotație, la care se adaugă poziția detectorului; de aceea avem patru axe motorizate, dispozitivul se spune că „are patru cercuri”.

În cazul unei probe policristaline, dispozitivul se numește „ leagăn Euler” , comparativ cu unghiurile Euler . Acest leagăn al lui Euler poate fi centrat sau excentric, poate fi deschis sau închis; leagănele deschise și decalate pot găzdui probe mai mari, dar sunt mai complicate de realizat.

Proba este plasată pe o scenă motorizată; se poate deplasa de-a lungul celor trei axe ( x , y , z ) pentru a permite poziționarea centrului probei în punctul de referință. În toate cazurile, tubul este fix, iar în poziția de referință, planul eșantionului este vertical (detectorul se deplasează într-un cerc orizontal).

În cazul unei probe monocristaline, aceasta este lipită de un „cap de pin” orientabil.

În fotografia opusă, goniometrul este materialul în alb din dreapta: este folosit pentru a manipula prin rotație (foarte precis); un microcristal pur al unei molecule a cărui structură vrem să o cunoaștem în fasciculul de raze X monocromatic (tub superior conic) este plasat la capătul acului în centru. O cameră CCD specială cu raze X (în stânga cu litere roșii) colectează digital poziția și intensitatea punctelor de difracție .

Deoarece poziția punctelor de difracție este identificată de cameră, nu este orientabilă; de aceea avem un goniometru cu trei cercuri. O cameră video (tub negru sus stânga) ajută la o primă poziționare și centrare a cristalului în fasciculul de raze X.

Aceste măsurători procesate pe computer fac posibilă transformarea Fourier să reconstituie imaginea cristalului și în special a moleculei de bază care îl compune.

Notă: acest instrument a fost folosit pentru a ilustra modele de știință și fizică, deoarece razele X au avut un rol decisiv în evoluția științei.

Găsirea direcției

Constatare permite unui receptor radio prevăzut cu un goniometru pentru a identifica direcția ( care poartă în navigație) a unui transmițător fix: tag - ul, transmițător ilegal sau ostil sau un emițător mobil: radiotracking .

Primele radiobeacoane pentru navigația maritimă au fost înființate în 1911 la ieșirea din portul Brest pentru ceea ce va fi ulterior calea ferată Ouessant . Acum sunt învechite cu GPS și au încetat să mai difuzeze.

Pentru navigația aeriană, primul balizaj ADF francez datează din 1925 la Orly . De asemenea, acestea dispar treptat.

Vezi și tu

Articole similare

Note și referințe

„ Arnoul Carangeot (1742-1806) - Autor - Resurse ale Bibliotecii Naționale a Franței ” , pe data.bnf.fr (accesat la 6 octombrie 2020 ) .